[发明专利]一种水体磷吸附材料及其制备、应用方法

说明书

本发明公开了一种水体磷吸附新材料及其制备、应用方法，所述的吸附新材料为锆改性钙基蒙脱石的产物Zr‑CaM1和/或Zr‑CaM2，其制备方法包含以下步骤：(1)混合分散：将钙基蒙脱石和锆氧化物加去离子水混合溶解，振荡分散，得混合液；(2)pH值调节：调节所述混合液的pH值至9～11，然后恒温振荡反应，得固液混合物；(3)固液分离：将所述固液混合物离心分离，得沉淀物用去离子水反复冲洗，然后烘干即得锆改性钙基蒙脱石的产物Zr‑CaM1和/或Zr‑CaM2。本发明采用浸渍‑交换‑共沉淀法制备一种新型的锆改性蒙脱石吸附材料，工艺简单、容易操作，吸附材料磷吸附容量大、适用pH范围宽、运行成本较低、生态环保等优点。

技术领域

本发明涉及一种水体磷吸附新材料及其制备、应用方法，属于水体磷酸盐污染物吸附技术领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展与城镇化进程的日益加快，地表淡水富营养化已成为全球性的重大水环境污染问题。作为水体富营养化的关键限制因子，磷的过量输入造成湖泊、水库等淡水水体透明度下降、溶解氧降低，水质恶化，严重危害水生生态系统和人体健康。目前，我国淡水富营养化形势严峻，湖库总磷浓度居高不下(60％的水体总磷含量高于0.05mg/L)，发生水华的风险依然存在，无法满足湖库作为主要地表饮用水源的供水需求。因此，亟需有效削减地表淡水湖库中水体磷的含量。

迄今为止，对于污水中磷的控制技术主要包括吸附法、离子交换法、混凝法等。吸附法因其高效、经济、易操作及无二次污染等显著优点，被广泛使用。常用吸附材料有铝盐、铁盐、钙盐和镧改性膨润土，在实际应用中存在诸多缺点。铝盐在过酸或过碱条件下会发生Al(OH)₃溶解及磷的再释放，并可能导致生物慢性中毒；铁盐虽然无毒，但容易受到水体氧化还原条件的影响；当水溶液中CO₂增加或pH值降低时，钙盐也会发生磷的解吸；镧改性膨润土价格昂贵，应用效果受其吸附容量所限，且可溶性镧离子对水生生态系统具有较大的负面危害。

蒙脱石属于2∶1型单斜晶系结构硅酸盐黏土矿物，因其具离子交换性、膨胀性、吸附性及结构功能易调控性而被广泛应用于水环境污染治理领域。由于天然蒙脱石的晶体表面带有大量负电荷，对磷酸盐的吸附很弱，目前主要通过对蒙脱石进行改性处理后除磷。锆的氧化物物化性质稳定、水溶性低、无毒无害，对水中磷酸盐具有极强的吸附性能。目前，已有研究报道了锆改性沸石、锆改性膨润土以及锆基磷酸盐杂化功能材料应用于对水体磷酸盐的吸附研究，也有锆改性蒙脱石除砷吸附材料的相关工作。但这些改性剂制备工艺较为复杂、吸附效率偏低、成本较高，且主要应用于对含磷浓度较高的废水处理(5mg/L)，缺乏施用后对生态环境风险的科学评估，而对地表淡水湖库中低浓度的磷酸盐污染控制研究鲜见报道。

基于以上背景，开发一种价廉易得、吸附性能卓越、兼具生态环保的新型除磷吸附材料对地表淡水湖库中磷的污染控制及水体富营养化的科学防治具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种水体磷吸附新材料及其制备、应用方法，以解决目前水体磷吸附材料存在的价格高、吸附性能差、危害生态，以及不能有效控制地表淡水湖库中低浓度的磷酸盐污染的技术问题。

本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种水体磷吸附新材料，所述的吸附材料为锆改性钙基蒙脱石的制备产物Zr-CaM1和/或Zr-CaM2。

第二方面，本发明提供一种水体磷吸附新材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)混合分散：将钙基蒙脱石和锆氧化物加去离子水混合溶解，振荡分散，得混合液；

(2)pH值调节：调节所述混合液的pH值至9～11，然后恒温振荡反应，得固液混合物；

(3)固液分离：将所述固液混合物离心分离，得沉淀物用去离子水反复冲洗，然后烘干即得锆改性钙基蒙脱石的产物Zr-CaM1和/或Zr-CaM2。